多模光纤耦合的大光敏面GHz高速超导纳米线单光子探测器2025-10-22
远距离激光雷达和激光通信,要求单光子探测器同时具有大光敏面和高速度的特点。由于超导纳米线存在动态电感,超导纳米线单光子探测器(SNSPD)的探测速率与光敏面积指标相互制约,常用的方法是通过多元纳米线结构提升速度和面积。此外,在实际的大口径光学接收系统中,通常采用多模光纤进行光传输,其存在的散斑效应会导致光强空间分布不均,严重制约阵列SNSPD的整体性能。近日,南京大学超导电子学研究所张蜡宝教授课题组报道了一种大光敏面、高速度超导单光子探测技术,通过高度均匀的16元纳米线,实现了62.5微米多模光纤耦合和1.3Gcps探测速度。相关成果发表在APL Photonics 10, 106113 (2025),博士生谭静柔和李昊辰为本文共同第一作者,博士生张雨曈等参与相关工作,张蜡宝教授为本文通信作者。图1本文设计的器件结构及其各纳米线超导电流测量结果如图1,该SNSPD具有16像元和完全缠绕式结构。超导纳米线材料采用氮化铌(NbN)材料,光敏面面积为22 μm×22μm,通过双透镜光束压缩模块与62.5μm芯径的多模光纤实现高效耦合。为克服多模光纤散斑导致的光响应不均匀问题,我们将16根纳米